矿井提升设备运行理论

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1、2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院第八章 矿井提升设备的运行理论 提升设备的运行理论是研究提升设备在一 次提升过程中提升容器的速度变化规律和电动 机作用在提升机滚筒圆周上力的变化规律的， 以确定合理的运动参数。2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院第一节 提升系统基本动力学方程一、提升系统基本动力方程式作用在提升机主轴上的力矩有提升系统的静阻力矩Mj，提 升系统的惯性力矩Md及由电动机产生的拖动力矩M。处于平衡状 态，得M-Mj-Md=0 在等直径提升系统中，可以写成为：F-Fj-Fd=0式中 F电动机作用

2、在滚筒圆周上的拖动力，N；Fj提升系统的静阻力，N；Fd提升系统的惯性力，N。2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院提升系统的静阻力包括静力和阻力，静力包括货载重力、容曲阻力及天 轮轴承、滚筒轴承的阻力等。 参照图，当提升重容器运行到米时，提升系统的静阻力计算如下： 提升侧静阻力为下放侧静阻力为系统静阻力为式中 m提升货载质量，kg；mz容器自身质量，kg；p提升钢丝绳每米重量，N/m；s,x 分别为上升侧及下放侧的矿井阻力，N；g重力加速度，m/s2。二、提升系统的静阻力2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院

3、提升系统示意图提升系统静阻力随x的变化 2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院由于矿井运行阻力与很多因素有关，难以精确计算。在实际 设计过程中，通常按提升货载的百分数来估算。式中 k 对于箕斗= 0.15，对于罐笼= 0.2。 则公式变为式中 k矿井阻力系数，对于箕斗= 1.15，对于罐笼 = 1.20。由公式可以看出：(1)静阻力与容器的自重无关；(2)在提升过 程中，静阻力随提升容器位置即值的不同，而发生变化，是随的增 大而以斜率减小的一条斜线。这种静阻力在提升过程中是变化的现 象称之为静力不平衡；(3)在深井中以及钢丝绳较重时，Fj有可能在 提升

4、终止前出现负值。2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院对于立井有尾绳系数，其静阻力为式中q尾绳每米重量，N/m。 当提升主绳和尾绳重力相等，即p=q时，Fj =kmg =常 数。静阻力不再随提升容器位置的改变而改变，如图中直 线3所示，属静力平衡系统。 2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院三、提升系统的变位质量为了计算总的惯性力，提升系统中把各运动部分的质量都 变位（折算）到滚筒缠绕圆周上，使其与滚筒缠绕圆周的速 度和加速度相等，条件是变位前后的动能相等，这种变位后 的质量，叫作变位质量，全系统各个变位质量的

5、总和为提升 系统的总变位质量m，此值可以实测，也可以计算。提升系统运动部分可分成直线运动和旋转运动两部分， 作直线运动的部件为提升容器及货载、提升钢丝绳、尾绳。 它们的速度和加速度与提升机滚筒表面速度、加速度相同， 所以其变位质量与实际质量相等；作旋转运动的部件为：提 升机（包括减速器）、天轮和电动机转子。提升机和天轮的 变位质量在其技术规格表中可分别查出。只有电动机转子变 位质量md需要计算。2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院其计算方法为式中这样得到由回转力矩计算电动机转子变位质量的公式2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南

6、理工大学高等职业学院对单绳缠绕式提升系统（无尾绳提升系统），其 总变位质量为对于多绳摩擦式提升机，其总变位质量为 因此，提升系统动力学方程变为单绳缠绕式无尾绳提升系统多绳摩擦式提升系统2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院第二节提升设备的运动学计算提升设备属周期动作式的设备。提升设备运 动学是研究提升容器运动速度随时间的变化规律 ，以求得合理的运转方式。提升设备运动学的基本任务是确定合理的加 速度与减速度、各运动阶段的延续时间以及与之 相对应的容器行程，并绘制出速度图和加速度图 。本节以我国矿山广泛采用的无尾绳静力不平 衡提升系统为例，介绍提升设备运动

7、学计算的基 本内容和方法。2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院一、提升设备的运行规律 提升设备在一个提升循环内其提升速度随时间变化的关 系图形，叫做提升速度图。 对于底卸式箕斗，为保证箕斗离开卸载曲轨时速度不能 过高，需要有初加速阶段；为使重箕斗上升到井口而进入卸 载曲轨内运行时，减少对井架、曲轨的冲击，提高停车的准 确性，应有一个低速爬行阶段（爬行速度一般限制在不大于 0.5m/s），故应采用如图（a）所示的六阶段速度图。对于罐笼提升， 因无卸载曲轨的限制，故无需初加速 阶段，开始就以较大的主加速度加速，但是为了准确停车（ 使罐笼内的轨道与车场轨道

8、对齐），也需要有一爬行阶段， 因此，普通罐笼提升采用如图（b）所示的五阶段速度图。六阶段和五阶段速度图2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院1箕斗提升初加速度的确定 初加速度a0为 初加速阶段时间t0为 式中 v0=1.5m/s，箕斗脱离卸载曲轨时的速度 。 二、提升加速度的确定箕斗卸载曲轨行程h0=2.35m或2.13m。 2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院2主加速度a1的确定主加速度是按安全经济的原则来确定的，主 加速度的大小受煤矿安全规程、减速器强度 、电动机过负荷能力三个方面的限制。（1）煤矿安全规

9、程对提升加、减速度的限 制：“立井中用罐笼升降人员时加速度和减速度 ，都不得超过0.75 m/s2；斜井中升降人员的加速 度和减速度，不得超过0.5 m/s2。”对升降物料 的加、减速度规程没有规定，一般在竖井，加、 减速度最大不超过1.2 m/s2，斜井不超过0.7 m/s2 。2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院（2）电动机过负荷能力限制为式中 电动机过负荷系数，可在电动机规格表中查 出；0.75在加速度时，由于电动机依次切除转子电阻 ，拖动力起伏变化，故可取电动机此时出力不大于最大拖 动力的0.75倍。Fe 电动机作用到滚筒缠绕圆周上的额定拖动

10、 力，N；2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院j传动效率。Pe 电动机额定功率，kW；（3）按减速器允许的输出传动转矩来确定。电动机通过减速器作用到 滚筒主轴上的拖动力矩，必须小于减速器所允许的最大输出转矩，即 式中 Mmax 减速器输出轴最大允许输出转矩Nm，D 滚筒直径，m。综合考虑上述三个条件，按其中最小者确定主加速度a1的大小。2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院三、提升减速度的确定 提升机减速度可以采取多种方式，常用的有自由滑行减速、制动减速和 电动机拖动减速。 1.自由滑行减速减速一开始，电动机

11、便从电网上断开，提升系统拖动力为零，靠惯性自 由滑行。由动力学方程得减速时，近似有xH，由式得自由滑行时的减速度为3 2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院2.电动机减速方式电动机减速方式为正力减速。当采用自由滑行减速方式其减速 度太大时，必须采用正力减速。此时，将电动机转子电阻接入转子 回路中，使电动机在较软的人工特性曲线上运行。为能较好地控制 电动机，这时电动机输出力应不小于电动机额定力的0.35倍，即2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院3.制动减速方式此减速方式为负力减速。当采用自由滑行减速方式减速度

12、太小时，必须对系统施加制动力。制动减速方式有机械制动和 电气制动两种，机械制动即机械闸制动，电气制动有动力制动 和低频制动两种。当采用机械制动减速时，为避免闸瓦发热和磨损，所需制 动力应不大于0.3mg，则减速度为当采用电气制动减速时，则减速度为Fz 电气制动给出的制动力，N。2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院四、提升速度图参数计算1.初加速阶段卸载曲轨中初加速时间2.主加速阶段加速时间加速阶段的行程 2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院减速度时间：减速阶段行程：式中v4爬行速度，m/s 。3.主减速阶段

13、2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院4.爬行阶段箕斗提升的爬行距离和爬行速度可参考下表。提升 方式距离h4（m）速度v4（m/s）自动 控制手动 控制旧式装 载设备定量装载 设备 箕斗 提升2.5350.40.5爬行时间t4为：2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院5.抱闸停车阶段抱闸停车制动减速度一般取a5=1m/s2；此阶段时间 很短可以不计，若计算则：6.等速阶段等速阶段行程h2： h2=H-（h0+h1+h3+h4 ） 等速阶段时间t2 制动时间：2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学

14、院河南理工大学高等职业学院7.一次提升循环时间 Tx=t0+t1+t2+t3+t4+t5+ 式中 一次提升循环休止时间，s。 速度图计算完后,需重新验算提升能力富裕系数af提升设备小时提升能力为提升设备的年实际提升量为提升能力的富裕系数为2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院式中 An 矿井设计年产量，吨 /年；br 年工作日数，日/年t 每日提升小时数，小时/日；c 提升不均衡系数，主井提升，一般有井 下煤仓时取1.101.15；无井下煤仓时取1.2。对第一水平应该有= 1.2的富裕系数。最后绘制出提升速度图。普通罐笼提升为五阶段速度图，其计算方法

15、与上述相同，只是没有初加速阶段。副井提升速 度图，要考虑人员升降时煤矿安全规程对速 度和加、减速度的限制。运送炸药要受煤矿安 全规程有关规定的限制。2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院第三节 提升设备的动力学计算提升系统动力学是研究和确定在提升过程中，滚 筒圆周上拖动力的变化规律，为验算电动机容量及选 择电气控制设备提供依据。各类速度图所对应的动力学计算方法大致相同。 基本方法是将计算出的各提升阶段的各个量代入提升 动力学基本方程式，计算出提升过程中各阶段的拖动 力。若把提升各阶段的始、终点的速度和拖动力代入 功率计算公式，即可求出滚筒轴上的功率。现

16、以单绳缠绕式无尾绳箕斗提升系统六阶段速度 图为例，介绍动力学计算的基本方法。 对于单绳缠绕式无尾绳提升设备，动力方程式为F=Kmg+mpg （H-2x）+ma2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河南理工大学高等职业学院1.初加速度阶段（1）初加速度开始，x=0，t=0，a=a0F0=Kmg+mpg H+ma0（2）初加速度终了，x=h0，t=t0，a=a0F0=Kmg+mpg （H-2 h0）+ma0= F0-2mpgh02.主加速度阶段（1）主加速度开始：x=h0，t=t0，a=a1F1=Kmg+mpg （H-2h0）+ma1= F0+m（a1-a0）（2）主加速度终了，x=h0+h1，t=t0+t1，a=a1F1=Kmg+p（H-2 h0-2 h1）+ma1= F1-2 mpg h1 2011/1/92011/1/9河南理工大学高等职业学院河